基于單相Boost型 AC/AC交流變換器的分析與實(shí)現(xiàn)

摘要：詳細(xì)分析了單相Boost型AC/AC交流變換器的工作原理及其控制策略。通過(guò)對(duì)輸入電壓的極性判斷，并結(jié)合輸出電壓誤差放大信號(hào)與三角載波的比較結(jié)果，可確定各開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài)。對(duì)單相Boost型AC/AC交流變換器進(jìn)行了仿真研究，并研制了一臺(tái)原理樣機(jī)，仿真和試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性及控制策略的可行性。

1 引言

AC/AC交流變換是把一種形式的交流電變換為另一種形式的交流電[1-2]，其中可用于升壓變換的主要有工頻變壓器、交-直-交變換器、電子變壓器[3-4]、高頻交流環(huán)節(jié)AC/AC交流變換器[5-6]、非隔離的Boost型、Buck-Boost型AC/AC交流變換器[7-11]。

工頻變壓器體積重量大，且無(wú)穩(wěn)壓及調(diào)壓功能；交-直-交變換器變換級(jí)數(shù)過(guò)多，變換效率不高，對(duì)電網(wǎng)諧波污染嚴(yán)重，且在升壓場(chǎng)合還需一臺(tái)升壓變壓器；電子變壓器體積重量小，無(wú)穩(wěn)壓及調(diào)壓功能，且開(kāi)關(guān)器件數(shù)量眾多；高頻交流環(huán)節(jié)AC/AC交流變換器雖然可實(shí)現(xiàn)電氣隔離，但拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制電路復(fù)雜，且開(kāi)關(guān)器件數(shù)量眾多；Buck-Boost型AC/AC交流變換器能實(shí)現(xiàn)升降壓功能，但其開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力高，輸入輸出之間無(wú)直接能量傳遞通路，從而變換效率不高，且輸入輸出相位相反；在無(wú)需隔離的升壓場(chǎng)合，Boost型AC/AC交流變換器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易控制等特點(diǎn)。本文詳細(xì)分析了單相Boost型AC/AC交流變換器的工作原理及其控制策略，對(duì)其進(jìn)行了仿真研究，并研制了一臺(tái)原理樣機(jī)，仿真及試驗(yàn)結(jié)果與理論分析一致。

2 電路結(jié)構(gòu)與工作原理

圖1為單相Boost型AC/AC交流變換器的電路結(jié)構(gòu)[7]，其中S1（S1a、S1b）和S2（S2a、S2b）為兩對(duì)交流開(kāi)關(guān)管，二者高頻互補(bǔ)開(kāi)通，開(kāi)通時(shí)間分別為DTS、(1-D)TS，其中D為占空比，TS為開(kāi)關(guān)周期。

該變換器可看成正反兩個(gè)Boost型DC/DC直流變換器的組合，當(dāng)輸入電壓大于零時(shí)，正向Boost型DC/DC直流變換器由電感Lf、開(kāi)關(guān)管S1a和S2a、電容Cf構(gòu)成；當(dāng)輸入電壓小于零時(shí)，反向Boost型DC/DC直流變換器由電感Lf、開(kāi)關(guān)管S1b和S2b、電容Cf構(gòu)成。